納芯微壓差傳感器助力解決汽車排放問題，攜手打贏“藍天白云保衛(wèi)戰(zhàn)”

國六汽車排放標準可謂耳熟能詳，它是國家第六階段機動車污染物排放標準。旨在減少壓燃式及氣體燃料點燃式發(fā)動機汽車排氣對環(huán)境的污染，保護生態(tài)環(huán)境，保障人體健康。國六標準分為A和B兩個階段，A標準2020年7月執(zhí)行，B標準2023年7月執(zhí)行。B標準更為嚴苛，也催生了燃油蒸汽的需求。

國六汽車排放標準對蒸發(fā)污染物排放進行了更加嚴格的規(guī)范，是目前全球最嚴格的尾氣排放標準之一。該標準的實施也將推動技術方案的改進，加快汽車零部件的更新?lián)Q代。

配合國六汽車排放標準，相關部門也出臺了相應的汽車污染物排放測量方法。我們先來了解一下有關部門在這方面的相關規(guī)定，再來看看如何解決燃油蒸汽從汽車油箱外溢的問題。

什么是蒸發(fā)污染物？

由于儲存溫度和儲存時間的變化，作為汽車燃油存儲裝置的油箱可產(chǎn)生一些碳氫化合物蒸汽，即蒸發(fā)污染物。為此，國家針對油箱蒸發(fā)污染物制定了一致性測量與試驗標準。

生態(tài)環(huán)境部2016年12月頒布，2020年7月開始實施的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（以下簡稱《測量辦法》）對蒸發(fā)污染物的定義是：汽車排氣管排放之外，從汽車燃料（汽油）系統(tǒng)損失的碳氫化合物蒸汽，包括燃油箱呼吸損失（換氣損失），即由于燃油箱內溫度變化排放的碳氫化合物，以及熱浸損失，汽車行駛一段時間以后，靜置汽車燃油系統(tǒng)排放的碳氫化合物。

常壓油箱與高壓油箱

汽油是極易揮發(fā)性液體，在28℃開放條件下，僅需20分鐘就能揮發(fā)55%。如果油箱完全密封，汽油揮發(fā)后又會使油箱內壓力急劇增大，甚至出現(xiàn)脹破的情況。

目前，汽車油箱可以分為常壓和高壓兩種類型，一般普通燃油車只需使用常壓油箱，承受內壓在-3至15kPa之間。為了避免燃油蒸汽外泄，燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)中都會有碳罐，它通過管路連接油箱頂部，利用油氣控制閥將揮發(fā)的汽油蒸汽擠壓到碳罐中。通常油箱內汽油蒸汽壓力達到4-7kPa時，油氣控制閥就會打開，讓汽油蒸汽進入碳罐。

碳罐內部有大量活性炭，能夠吸附燃油蒸汽，經(jīng)氣體過濾后通過呼吸口排到大氣中，以實現(xiàn)油箱壓力均衡。車輛啟動后，連接進氣歧管的另一管路產(chǎn)生負壓，將碳罐中吸附的燃油送入發(fā)動機燃燒。由于碳罐中油氣少，油箱壓力也比較小，所以純燃油車使用常壓油箱就能滿足國六規(guī)定的蒸發(fā)污染物排放標準。

高壓油箱承受的壓力為35～40kPa，強度提升了很多，周圍配套的管路，如加油蓋、加油管路、蒸發(fā)管路的耐壓要求也更高。除了材質和管路的耐壓值更高，還增加了由ECU管理的FTIV閥，智能化程度更高。

插電混動車之所以要使用高壓油箱，是因為其長距離行駛主要依靠電池和電機，發(fā)動機啟動頻率較低。而碳罐的沖洗是靠發(fā)動機進氣歧管的吸氣作用實現(xiàn)的，所以發(fā)動機不啟動碳罐就會很快達到極限吸附量，導致一部分汽油蒸汽通過碳罐的大氣口外溢。

為此，汽車廠商為插電混動開發(fā)了高壓油箱。高壓油箱除了可以承受更高內壓外，其設計也有所不同。在高壓油箱連接碳罐的管路之間增加了油箱隔離閥（FTIV）。只要發(fā)動機熄火，油箱隔離閥就一直處于關閉狀態(tài)，使高壓油箱內的汽油蒸汽無法進入碳罐，避免汽油蒸汽溢出。

理論上講，在國六排放測試中，插電混動必須將電量充至最高，然后才能進行蒸發(fā)污染物排放測試。所以在測試過程中發(fā)動機基本不啟動，碳罐得不到?jīng)_洗，所以使用常壓油箱的插電混動車型較難通過國六排放測試。

順便說一下，活性碳罐不能飽和，必須具有一定的脫附能力（又稱清洗能力），才能保證汽油蒸汽不會通過碳罐的大氣口外溢。為了使處于吸附飽和狀態(tài)的碳罐能重新恢復吸附能力，就要對其飽和度進行檢測，并提醒ECU對碳罐進行脫附（啟動發(fā)動機對碳罐中的油氣進行燃燒），使之重新恢復吸附能力。納芯微NSPAS3系列絕壓傳感器就是一種碳罐脫附壓力傳感器，可以實現(xiàn)上述功能。

除了高壓油箱，高壓燃油蒸汽傳感器也不可忽略

事實上，除了使用高壓油箱更好地積攢揮發(fā)出來的油氣，還必須采用高壓燃油蒸汽傳感器，以保證插電混動車在發(fā)動機長時間不工作時，不會延長油氣揮發(fā)時間，導致活性碳罐吸附油氣飽和而溢出，造成排放超標。

要做到這一點，將需要使用燃油蒸汽壓力傳感器。這種傳感器既可以用于低壓油箱，也可以用于高壓油箱，其主要作用是監(jiān)測燃油系統(tǒng)中的壓力變化，并配合ECU算法進行燃油蒸發(fā)系統(tǒng)泄露診斷，將過多的油氣供給碳罐吸附或發(fā)動機燃燒。

納芯微近期推出的采用MEMS工藝的汽車級壓差傳感器模組NSPGM2系列，可以為解決上述問題助一臂之力。

NSPGM2系列基于硅壓阻效應，采用先進的MEMS微加工工藝設計制造，通過汽車級信號調理芯片對貴金屬MEMS芯體輸出進行校準和補償，能將0～±5kPa/±35kPa/±100kPa的壓力信號轉換為可自定義輸出范圍（0～5V）的模擬輸出信號。

NSPGM2新結構示意圖

MEMS差壓壓力芯體（NSP1832）采用貴金屬雙焊盤結構設計以及增強穩(wěn)定性的屏蔽層技術，能夠兼容油氣環(huán)境，符合汽車級AEC-Q103 Grade 0標準。其特有的陶瓷基板封裝工藝使該模組能夠耐油汽等介質腐蝕，MEMS獨立封裝讓設計更加靈活。

NSPGM2系列模組適用于增強型EVAP（燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)）的低壓/高壓燃油蒸汽壓力傳感器（FTPS），典型安裝位置是EVAP系統(tǒng)碳罐或油箱。

燃油蒸汽壓力傳感器安裝位置

此外，該產(chǎn)品還可用于曲軸箱通風壓力傳感器（KPS）等燃油動力系統(tǒng)，以及混動車/新能源車真空助力系統(tǒng)（VBS）、DPF尾氣壓差傳感器等。

納芯微汽車級壓差傳感器模組NSPGM2解決挑戰(zhàn)

NSPGM2系列模組具有高精度寬溫范圍（-40℃～130℃全溫范圍內精度優(yōu)于±2.5%F.S.）、高線性度、穩(wěn)定性好、無需校準、100%溫度補償?shù)忍匦?。它采用車?guī)級標準，供電電壓高達18V，支持反壓-24V/過壓28V保護，可承受3x過載壓力和5x爆破壓力，具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。

該系列模組獨特的貴金屬焊盤MEMS搭配陶瓷基板封裝耐溫150℃，陶瓷背面貼裝耐油氣、尾氣腐蝕；陶瓷凸臺設計對安裝應力不敏感；1.62V～5.5V適配各種油氣、氮氧腐蝕性氣體環(huán)境。模組出廠均經(jīng)過預校準，具備出廠調零功能，且支持客戶端多次校準；模組封裝可移植性好，簡單易用。

NSPGM2系列模組還支持定制化，0～±5kPa/±35kPa/±100kPa內量程可定制，支持模擬比例/絕對輸出，且輸出曲線可定制，令傳統(tǒng)車常壓油箱壓力（4kPa～7kPa）及混動車高壓油箱壓力（35kPa～40kPa）檢測易如反掌；還能應用于剎車真空度助力（0～-100kPa）壓力檢測等多種壓力應用場景。

相比市場上的已有產(chǎn)品，納芯微NSPGM2系列差壓模組的響應時間更快，功耗更低，同時具有更高的精度和更寬的工作溫度范圍，以及更優(yōu)異的過反壓保護能力。

納芯微擁有自主研發(fā)的MEMS設計與封裝技術以及多壓力溫度點自動化批量標定技術，有助于更好地保證交付，降低客戶供應鏈風險。據(jù)了解，納芯微下一代高集成燃油蒸汽傳感器也在規(guī)劃中。